MICROBIOMES : Une toute première carte du paysage microbien

Si ce type de recherche sur le microbiome en est à ses balbutiements et si la compréhension profonde de la fonction microbienne est encore loin, cette première carte du paysage microbien de l'intestin, réalisée grâce à la combinaison de technologies d'imagerie et de chimie constitue une étape importante. Ces travaux commencent à décrypter l'organisation spatiale des communautés microbiennes de l'intestin ou du microbiome intestinal, et révèlent un degré surprenant de mélange entre les différents types de bactéries. Une démarche de recherche présentée dans les Actes de l'Académie des Sciences (PNAS) qui part d'un microbiome particulier puis qui, par l'étude des microbiomes de toute une variété de sites dans le corps, va tenter de décrypter comment des communautés microbiennes physiquement séparées peuvent interagir et ce faisant influencer la santé.

Les chercheurs du Laboratoire de biologie marine (MBL) de Woods Hole, de l'Institut Forsyth (Cambridge) et de l'Université de Washington à St. Louis se sont mis au défi de comprendre le rôle global du microbiome, c'est-à-dire d'identifier les microbes présents, mais aussi leurs interactions entre eux et avec l'hôte. La démarche passe donc d'abord par le fait de savoir " qui est à côté de qui et qui est à côté de quoi ".

Qui est à côté de qui et qui est à côté de quoi : l'équipe de recherche a introduit 15 espèces bactériennes différentes dans des souris sans germes, créant un modèle humanisé du microbiome intestinal. Pour étudier l'organisation du microbiome, les chercheurs combinent ici différentes technologies et méthodes sophistiquées, dont des techniques chimiques permettant " d'étiqueter " jusqu'à 15 microbes différents, d'imagerie avancées capables de détecter et de suivre ces petites étiquettes, de microscopie capable de découper les tissus de manière optique pour visualiser des échantillons tridimensionnels complexes, et informatiques pour l'analyse et la reconstitution de centaines d'images biologiques. Bien que le microbiome de la souris ainsi constitué ne constitue qu'une représentation partielle de la diversité de microbes présents habituellement dans l'intestin humain, cette communauté microbienne simplifiée a permis d'explorer comment les microbes s'organisent, comme dans une ville, en différents quartiers : grâce aux sondes éclairant chaque espèce bactérienne avec une couleur différente, l'équipe a pu se représenter comment les bactéries étaient disposées les unes par rapport aux autres et par rapport à des points de repère comme la nourriture et le tissu de l'hôte.

Des communautés microbiennes mélangées : les chercheurs constatent que le microbiome intestinal, comme le microbiome buccal sont des ensembles organisés de manière très différente des organes corporels. Dans l'intestin en particulier, les chercheurs observent un haut degré de mélange entre les communautés, décrit comme " non homogène ", et comparent le microbiome à un " bioréacteur, dans lequel les bactéries auraient été bien secouées et bien mélangées ". Et si, globalement, ce modèle apparait déstructuré, les chercheurs identifient des sortes de petites cryptes où les cellules bactériennes ont tendance à se rassembler. Ces sites comprennent la muqueuse intérieure de l'intestin (l'épithélium), et l'espace central (ou " lumen "), où la nourriture et le mucus sont recueillis. Sur ces sites, les communautés microbiennes varient dans leur composition globale, avec des proportions relatives qui peuvent fluctuer et les chercheurs n'identifient aucune différence marquée, comme une espèce bactérienne trouvée exclusivement sur un site et non sur l'autre.

L'hôte homogénéise la communauté microbienne : les chercheurs suggèrent que les contractions musculaires mélangent le contenu de l'intestin et poussent les bactéries contre la paroi intestinale, et délogent le mucus et les cellules épithéliales de la muqueuse au lumen. " C'est peut-être ce mélange qui permet une relation stable entre l'hôte et les microbes ".

C'est donc une capacité en marche, des scientifiques à résoudre ces images microbiennes complexes qui nous est décrite avec cette étude. Avec un objectif majeur, comprendre quelles sont les règles qui régissent un microbiome particulier, puis par l'étude des microbiomes de plusieurs sites dans le corps, comprendre comment ces communautés microbiennes physiquement séparées interagissent pour ou contre notre santé.